【“液态阳光” 推动碳达峰碳中和的技术新路径】以太阳能为动力,水和二氧化碳作原料,在催化剂作用下合成出甲醇,用以替代化石能源,实现碳的循环利用——甘肃籍中国科学院院士、中科院大连化学物理研究所研究员、博士生导师李灿及其团队,历时20载攻克的液态太阳燃料合成技术,将这一梦想变为现实。

而随着液态太阳燃料合成技术在兰州新区成功完成工业化验证,使早日实现“碳达峰、碳中和”有了一条全新路径。

二氧化碳变废为宝

车辆离开兰州新区繁华的核心区,沿着笔直开阔的道路向西北方向行驶20余公里,便到了兰州新区倾力打造的化工园区。道路一侧的一座小山丘上,漫山遍野铺满了光伏板,在阳光照射下显得格外壮观。

“这是液态太阳燃料合成示范项目的光伏发电部分,占地259亩,用来将太阳能转化为电能。”兰州新区石投集团高级技术主管李春新介绍说。

距离山丘不远,就是项目的主厂区,里面矗立着项目的核心设备——各种各样的装置、在空中穿梭交织的管道、高耸的反应塔,显示出十足的科技范儿。

“用山丘上光伏板发的电,将水电解为氢气和氧气,再让氢气和二氧化碳反应,就生产出了甲醇,也就是我们所说的‘液态阳光’。”李春新尽量用最简要的语言道明了项目的原理。

甲醇,可作为燃料替代石油,同时也是一种重要的化学中间体,在化工领域应用非常广泛。

电解水制氢,氢再与二氧化碳反应制甲醇,在实验室早就在研究,液态太阳燃料合成示范项目有何特别之处?

“关键在于合成过程中使用了李灿院士团队所研发的高效催化剂。”李春新说,这一项目由光伏发电、电解水制氢、二氧化碳加氢等3个重要生产环节组成,其中,李灿院士团队研发的催化剂在后面两个环节发挥了关键作用。

催化剂是在化学反应中加入的一种特殊物质,其本身不会参与反应,却可以加快化学反应的速度,全面提升效率。

实验室里,通过电解水得到氢气,再让二氧化碳与氢气反应生成甲醇的过程复杂漫长,且条件也相对苛刻,而没有实现大规模化工业过程。而李灿院士团队研发的高效催化剂,则极大加快了电解水和二氧化碳加氢的进程,解决了关键技术难题,使工业化生产“液态阳光”变为了现实。

“通俗地讲,液态太阳燃料合成示范项目就是利用太阳能、水和二氧化碳生产出甲醇的过程,它将无形的太阳能量转移到了液态的甲醇当中,因此,以这种方式得到的甲醇被形象地称为‘液态阳光’。”李春新进一步解释说。

兰州新区化工园区总顾问、兰州大学化学系教授张有贤认为,“液态阳光”合成技术是一项革命性的技术,其重大现实意义在于将二氧化碳变为重要的生产原料,划时代地解决了工业二氧化碳尾气的利用问题。

“工业生产过程中,二氧化碳之所以被大量排放,是因为它无法被大量利用,产生不了价值。而在‘液态阳光’的生产中,二氧化碳变成了重要原料,有了利用的价值。”张有贤说,液态太阳燃料合成示范项目不仅将太阳的能量转移到了液态的甲醇中,也使二氧化碳中的碳元素“封存”到了甲醇中,这是人类利用二氧化碳的一次重大创举。

催化技术重大创新

中国科学院大连化学物理研究所位于辽宁省大连市沙河口区,不远处就是大连著名的星海广场和星海公园,依山而建、环境优美。

大连化物所是一座以基础研究与应用研究见长的综合性研究所,催化化学是其重要的研究领域。自1983年到大连化物所读研究生以来,李灿院士不断向着一座又一座催化领域高峰努力攀登。“液态阳光”则是李灿和他的团队在催化剂研究上又一次重大突破。

“‘液态阳光’合成成功,实际上就是催化技术的成功。”近期,记者专程前往大连化物所,对李灿院士进行了专访。李灿介绍说,“液态阳光”的合成过程中,通过加入催化剂,大幅提升了电解水制氢、二氧化碳加氢两个生产环节效率。

也就是说,李灿团队分别攻克了两大催化技术。

以电解水制氢为例:传统电解水制氢能耗大,生产出同样体积的氢气不仅成本高,而且速度慢。但使用李灿院士团队研发的先进电催化剂后,单位时间内电解的氢气量大幅增加。

“以前,一小时能够出几百立方米氢气就已经了不起了,现在我们可以出1000立方米以上,这是一个很大的进步。”李灿说。

制氢速度提升的同时,还有成本的下降。

传统制氢,每产生1立方米氢气大概需要耗5度以上的电能,但兰州新区液态太阳燃料合成示范项目把生产1立方米氢气的耗电量降至4.3度。

“别小看这0.7度,一方省下0.7度,1亿立方米、10亿立方米又要省下多少电,这个量大得不得了。”李灿说,工业生产必须要考虑效率和成本,否则没有企业愿意干。

前沿技术的探索之路往往充满着艰辛。

“液态阳光”的成功,研制出具有很强靶向性的催化剂是关键。一次次试验、一次次失败,李灿院士团队没有放弃。

“加入催化剂后,要让氢气和二氧化碳反应后生成甲醇,而不是甲烷之类的其他物质。”李灿院士说。

与实验室环境不同,工业合成“液态阳光”必须要充分考虑到杂质、水、温度等对催化剂的影响。

比如:要确保催化剂耐高温,温度升高不会被烧死、烧结。同时,工业二氧化碳含有大量杂质,有毒化作用,这又需要催化剂要特别“皮实”,既要在温度高的时候不怕烧结,又要同时在各种各样的“粗粮杂粮”原料过来能够被消纳。

“一般的催化剂很怕水,温度高的时候,水对催化剂的破坏很严重,而二氧化碳加氢过程中会产生大量的水,又给我们带来新的问题、新的挑战。”李灿说。

通过许多次攻关,一系列问题最终逐一得到解决。

2020年10月15日,兰州新区“液态阳光”示范项目通过了中国石油和化学工业联合会组织的科技成果鉴定。来自全国各地的权威专家一致认为:这一项目具有完全自主知识产权,整体技术处于国际领先。

而“液态阳光”项目运行数据也显示,项目运行1000小时的时候,催化剂依然没有明显失活,抗中毒和抗烧结良好,达到了推广条件。这意味着“液态阳光”这一科技成果已经具备工业化生产条件。

兰州新区“液态阳光”示范项目为下一步建设10万吨级、百万吨级的“液态阳光”生产线打下了基础。

“太阳能是取之不尽用之不竭的,同样的道理,我们还可以用风能、水能等绿色能源发电,与水和二氧化碳合成出清洁的甲醇。”李灿说。

技术应用前景广阔

2020年1月17日,注定是一个值得铭记的日子。这一天,总占地面积289亩,投资约1.4亿元的兰州新区液态太阳燃料合成示范项目成功投运,呈液体状的粗甲醇第一次从设备终端的管道中流出。

“电是通过光伏发电得到的,水是普通的工业用水,二氧化碳是从合成氨工厂尾气中捕获的,完全实现了绿色生产。”李灿院士团队的王集杰博士见证了这历史性的一刻。

化学品的工业化生产存在着放大效应,在相同的操作条件下,利用小型设备在实验室得出的研究结果,往往与大型生产装置得出的结果有很大差别。

“在实验室里,最初放入反应管的催化剂只有1克,成功后,我们把量放大100倍以上,也就是加入100克催化剂再看结果,成功了,才有了进行工业试验的基础。”王集杰说。

从试验室中的瓶瓶罐罐,到完成工业中试,是“液态阳光”合成技术的一次大跨越。

兰州新区液态太阳燃料合成示范项目可年产甲醇1000吨,反应器中投入的催化剂达到了1.6吨,是原始试验的160万倍,达到了项目的工业化示范作用。

“现在的任务是进行推广应用,建设10万吨级甚至规模更大的项目。”王集杰说。

新技术能否被推广,还要算经济账。

兰州新区液态太阳燃料合成示范项目有关负责人、兰州新区石投集团有限公司总经理姜锦算过一笔账,在这一项目中,每吨甲醇的生产成本为3000元。而以传统的煤化工方式生产,每吨甲醇的成本约为2000元。

3000元与2000元,貌似“液态阳光”合成技术缺乏竞争力。

“项目的二氧化碳是购买的,因此增加了500元的成本,而随着‘碳达峰’‘碳中和’目标的提出,传统二氧化碳排放企业面临巨大的减排压力,我们项目很有可能‘零成本’甚至负成本获得二氧化碳,从而使‘液态阳光’成本大幅降低。”姜锦说。

在合成“液态阳光”过程中,除了二氧化碳,电价也对成本有着重要的影响。另一个好消息是,随着技术的进步,光伏发电的成本也在不断下降。

“3000元的成本是按每度电0.20元的价格计算的,现在有些地方光伏发电成本已经大幅下降。”对“液态阳光”合成技术的推广前景,姜锦充满信心。

在液态太阳燃料合成示范项目中,之所以将甲醇称为“液态阳光”,是因为太阳的能量被一步步转移到了甲醇中。项目落户兰州新区,一个重要原因就是当地海拔高,太阳能资源丰富。

“当然,这也同兰州新区对高科技成果应用的重视密不可分,从2018年考察对接到2019年开工,再到2020年建成试运行,仅仅用了1年多的时间,兰州新区从土地、资金等多个方面给予了大力支持。”姜锦说。

在王集杰看来,兰州新区液态太阳燃料合成示范项目的影响将会非常深远。

我国每年的二氧化碳排放量约100亿吨,其中近一半集中在电力、化工、冶金等八大行业。如果能将这些二氧化碳捕集用于制造甲醇,按1.4∶1的二氧化碳投入和甲醇产出比例,就等于全国每年在减排50亿吨二氧化碳的同时,能够生产出35亿吨甲醇,社会效应无法估量。

王集杰说,目前工业捕集二氧化碳技术已经相对成熟,未来,人们还可以对轮船等排放的二氧化碳进行捕集利用。

“液态阳光”合成技术在兰州新区完成工业化验证后,引起社会广泛关注。

在中国可再生能源学会科学技术奖评审中,液态太阳燃料合成项目荣获技术发明奖一等奖。

“已经有多家企业来对接合作,有的已经进入合同起草阶段,很快就有10万吨级以上的液态阳光甲醇合成项目启动建设。”王集杰说。

太阳能为动力,将二氧化碳变废为宝,实现碳的资源化循环利用,这一天很快就会到来。(来源:甘肃日报)

#区县农业信息联播# 【“四好农村路”畅通彝乡致富路】2016年10月,创建为云南省首批“四好农村路”示范县;2022年1月,创建为“四好农村路”全国示范县……5年来,石林彝族自治县的农村路精彩蝶变,成为一条条民生路、致富路、小康路。

  农村公路是保障农民群众生产生活的基本条件,是农业和农村发展的先导性、基础性设施。近年来,在昆明市交通运输局的指导下,石林县交通运输局以“建好、管好、护好、运营好”为目标,全力推进农村公路建设。截至目前,该县农村公路通车总里程达1138.892公里,农村公路路面硬化率达100%,列养率达100%,乡镇公交通达率达100%,四通八达的农村公路带动沿线农户增收致富。

  因地制宜 “建好”农村路

  从石林县城出发,驱车前往叠水村,途经鹿平公路,道路宽敞整洁,路旁花开正盛,吸引不少市民“打卡”拍照。鹿平公路是石林县城和石林县西南部乡镇之间的唯一通道,连接大叠水风景区和石林高铁西站,鹿平公路同时也是一条旅游道路、美丽公路。

  “鹿平公路原为四级公路,由于年久失修,道路通行能力受到影响,车道窄,且有大量非机动车、摩托车通行,安全隐患大。2014年年底,石林县人民政府决定通过大叠水旅游专线项目提升改造鹿平公路前段13.9公里。”石林县交通运输局地方公路管理段段长陈进波介绍,大叠水旅游专线项目起于国道326线与鹿平公路县道连接点,止于珠江第一瀑大叠水风景区,道路全长13.9公里,按旅游公路标准建设,项目总投资9.7亿元。2016年底,鹿平公路改建段通车,双向6车道,方便了沿线鹿阜街道、板桥街道和大可乡约7万人出行,带动沿线群众驶上增收致富的“快车道”。

  板桥街道办事处叠水村党支部书记吴荣慧深有感触。吴荣慧介绍,叠水村主要种植血桃、油桃、柿子、板栗等农特产品,以前路不好走,很少有人进村收购。将村里种出来的水果运到县城去卖需要2个多小时车程,品相不好、数量少的只能烂在地里,务农收入低,村民都外出打工去了。鹿平公路改建段通车后,从叠水村开车到县城只需要30分钟左右,许多商户进村在田间地头收购农特产品,农户摘下来就可以卖钱,不用担心销路,回村种地的人多了起来。

  鹿平公路是石林县众多的农村公路之一。近年来,石林县全力推进农村公路建设。2014年—2021年,累计投入建设资金26.92亿元,完成国省道改扩建4.3公里、县道改扩建92.76公里、乡道及村道路基改造和路面硬化1145公里,全县96个行政村(含13个社区)、378个自然村公路路面硬化率达100%,城乡道路客运线路100%公交化运营。截至2021年底,全县公路总通车里程1349.728公里,其中国道112.377公里、省道98.459公里、县道327.698公里、乡道543.008公里、村道268.186公里。今年,石林县交通运输局及早谋划、提前行动,扎实做好公路建设准备工作,年内将启动7条共计32公里的农村公路建设,补齐短板。

  管养并重 列养率达100%

  农村公路三分靠建设、七分靠管养。近年来,石林县交通运输局严格按照“四好农村路”示范县建设标准,管养并重,做到“有路必养,养必到位”。

  在农村公路管理上,石林县交通运输局加大公路路域环境整治力度,依法维护公路路产路权。每周巡查县道不少于3次,不定时对乡村道路开展巡查,坚决查处占用、损坏公路等行为。结合《关于取消公路路产赔补偿费后公路路产损害赔偿处置工作有关问题的通知》要求,对在公路巡查中发现的或当事人报告的损害公路路产行为,及时按照路政案件的办理程序进行调查处理,并通知公路经营管理单位和养护管理机构同步进行调查处理。推行农村公路三级联动协管机制,石林县7个乡镇(街道)均成立农村公路路政管理所,93个村委会均成立路政协管站,路政管理实现县、乡、村全覆盖。

  6月6日14时许,石林县公路路政管理大队工作人员在公路边进行治超检查,将大货车引导至固定治超站,要求超载的车辆现场卸货整改。石林县公路路政管理大队副大队长李忠全说:“我们在路政管理工作中,及时查处擅自占用、挖掘公路和非法增设平交道口等侵占路产路权的违法行为,常态化、制度化开展路警联合治超工作,按照‘逢车必检、逢超必卸、逢超必罚’的原则,强化对国省干线及县道等重点路段的管控工作,不断加大公路巡查频次、增加时长,发现一起、查处一起,保持超限超载治理高压严管态势,确保公路路产路权完好,安全畅通。”

  在农村公路养护上,石林县交通运输局落实养护常态化,辖区内列养的县、乡、村道经常性养护率达100%。按照“县道县管,乡道、村道乡管”的原则,层层落实管护责任,明确养护主体,每年年初石林县交通运输局与乡镇(街道)、村委会(居委会)签订养护目标责任书;采取有效措施提高专业养护能力,县道、乡道、村道小修保养和县道水毁抢修工程由石林县交通运输局负责组织实施,采用“两年一招”公开招标方式选择有能力的专业养护施工单位进行道路专业养护,进一步提高养护成效。

  “现在正值花期,每天公路两边都是落花,我和1个邻居承包了近4公里的道路、每天08∶00上班、17∶00下班,来回清扫路面、清掏侧沟,确保路面干净整洁。”负责养护鹿平公路的罗福云说。

  公交优先 建制村公交覆盖率达100%

  路通民心畅,道顺百业兴。近年来,石林县交通运输局坚持公交优先,努力实现城乡客运一体化,不断完善农村公路运输服务网络,加快农村客运发展,致力“运营好”农村路。

  6月6日9时许,石林客运站内熙熙攘攘。“前几天我女儿出差了,我来县城帮女儿带孩子,现在准备坐车回南大村。”乘客梁女士说,“以前从县城到南大村的道路路面不平,车子要开3个小时左右才能到,我来一次晕车一次。现在路修好了,公交车开通了,想来城里看孩子,只需在村口的招呼站等,上车30分钟以后就能见到孩子,真是太方便了。”

  目前,石林县累计建成县乡级客运站9个、村级客运站31个、镇村主干线沿途招呼站32个,建制村2公里范围内均建有客运站点或招呼站,县、乡镇(街道)客运站实现零距离换乘。石林县开通城乡公交线路123条,其中城际公交线路9条、城市公交线路7条、县乡公交线路6条、镇村公交(农村公交)线路101条。石林县投放公交车285辆,通车里程达3680公里,乡镇公交通达率达100%,建制村公交覆盖率达100%,城乡道路客运一体化发展水平达5A级。

  石林县交通运输局还推进农村物流试点示范工程实施,进一步完善农村物流服务体系和信息系统建设,按照“多站合一、资源共享”的模式,推进农村物流节点体系建设。深入推进运邮合作,大力完善县、乡、村三级农村交通物流网络体系。

  时代是出卷人,我们是答卷人,人民是阅卷人。石林县交通运输局副局长毕宏春表示,下一步,石林县交通运输局将逐步补齐“四好农村路”建设短板,加强农村公路养护,以“乡乡通二级、村村双车道、组组硬化路、交安设施全覆盖”“乡乡镇镇20分钟上高速”和“畅、安、舒、美”美丽公路为目标,续写“四好农村路”建设新篇章。(来源:昆明日报)

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